热障涂层(Thermal barrier coatings,简称TBCs)是一种应用在发动机高温金属部件表面的耐高温、隔热陶瓷材料,能增加燃气进口温度从而有效地提高发动机的性能和热效率。但复杂、多样的微观结构和苛刻的服役环境,使预测热障涂层的剥落失效具有极大的挑战性。飞机在飞行过程中,发动机无法避免从外部吸入Ca、Mg、Al、Si的混合氧化物颗粒(简称CMAS)并粘附在叶片表面涂层上,在高温下融化、渗透到陶瓷层中,使涂层结构、性能、成分发生变化而导致涂层剥落失效。但这一失效过程的失效形式及其演化规律并不清楚,因此急需一种无损检测方法,为理解CMAS腐蚀失效机理提供可靠的参考依据。本文结合声发射技术对高温CMAS腐蚀热障涂层的失效过程进行实时监测。采用聚类分析、频谱分析和小波分析等信号处理方法识别热障涂层的失效模式,并对失效过程进行具体分析。主要研究内容如下:第一,模拟真实的火山灰成分,配制出实验室专用的CMAS粉末,检测出研磨后的CMAS粉末平均粒径为15.601μm。通过自主研制的高温梯度实验炉,实现了带有温度梯度的热障涂层高温CMAS腐蚀实验,同时基于波导杆技术实现了热障涂层高温CMAS腐蚀失效过程的声发射检测。第二,先基于幅值和AE事件数分析热障涂层高温CMAS腐蚀的AE信号特征。通过与未涂覆CMAS的涂层和纯金属基底的信号对比,发现CAMS导致涂层的损伤最严重。再采用k-means聚类分析得到频率是识别热障涂层高温CMAS腐蚀失效模式的最佳特征参量。通过频谱分析发现基底变形信号的频率在0.09~0.13 MHz,表面垂直裂纹的频率在0.20~0.25 MHz,剪切型界面裂纹的频率在0.25~0.32 MHz,张开型界面裂纹的频率在0.38~0.45 MHz。最后,观察涂层的微观形貌,验证涂层中相应的失效模式,并发现剪切型界面裂纹信号的频率段包括陶瓷层/粘结层处的界面裂纹和陶瓷层中的水平裂纹,涂层的剥落失效主要由这两种裂纹引起。第三,基于小波包识别热障涂层高温CMAS腐蚀的失效模式。先根据不同类型信号的频率分布,选取小波基和分解尺度。然后分别对四类信号进行小波包时频分析得到其时频分布特点。之后,再提取特征小波包能谱系数识别热障涂层的四类失效模式,即表面垂直裂纹,剪切型界面裂纹,张开型界面裂纹,基底变形。最后,分析发现热障涂层CMAS腐蚀失效主要在降温时,而且在这个失效过程中涂层先产生的是界面裂纹和水平裂纹,温度降到400°C左右时开始出现表面垂直裂纹。